水泥混凝土路面结构设计资料

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水泥混凝土路面结构设计

表1.2.2 水泥混凝土面层厚度的参考范围
极重
交通荷载等级公路等级变异水平等级低高速低一级中低二级中高速低一级中低轻三、四级中 230~200 高 220~190 三、四级中 210~180 二级中
特重
重
面层厚度（mm）
交通荷载等级公路等级变异水平等级面层厚度（mm）
注：① 冻深小或填方路段，或者基、垫层为隔温性能良好的材料，可采用低值；冻深大或挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层为隔温性能稍差的材料，应采用高值； ② 冻深小于0.50m的地区，一般不考虑结构层防冻厚度。
1.5 路肩
铺面材料路肩面层一般宜选用水泥混凝土，也可用沥青类材料。路肩基
层可用开级配粒料类材料，有利于排除渗入路面结构的水。
起讫桩号
基层切缝情况
使用状况
原路面结构
——
——
使用情况良好，裂缝少。
结构一
K576+559 ～ K579+514
基层不切缝
使用情况良好，有裂缝。配筋率：0.3，0.4 ，0.5。
结构二
K579+514 ～ K580+533
350m、320m和330m 混凝土基层切缝间距分别为5m，8m和 10m。
水泥砼面层 28cm
防水联接层1.5cm
二灰碎石基层18cm 灰土或固化剂处理路床 20cm
冲击压实处理路床（影响深度80cm）
（2）广西
混凝土下面层280㎜改性沥青混凝土或SMA上面层，厚40㎜混凝土层表面机械凿毛，或5﹪稀盐酸处理，摩擦系数0.65以上。设高分子改性沥青粘层，或环氧沥青粘层，或橡胶沥青应力吸收层20 ㎜。使用3年，整体效果良好，局部路段轻微推移。

水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面的设计理论和标准

水泥混凝土路面的设计理论
对地基采用不同的模型，其中主要有三种，： ➢文克勒（Winkler）地基模型，如图2-14-a所示。 ➢弹性半空间地基模型，如图2-14-b所示。 ➢巴斯特纳克（Pasternak）地基模型，如图2-14-c所示，来自a）Winkler地基模型
b）弹性半空间地基模型
c）Pasternak地基模型
设计标准和验算标准
小结
水泥混凝土路面结构分析采用弹性地基板理论。我国现行规范规定水泥混凝土路面设计采用弹性地基板理论，而地基模型则采用以弹性模量和泊松比表征的弹性地基模型。以在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准。
水泥混凝土路面的设计理论
基本假定条件： ➢板为具有弹性常数（弹性模量）和（泊松比）的等厚弹性体； ➢作用于板上的荷载，可近似地忽略竖向压缩应变和剪切应变的影响，利用薄板弯曲理论进行计算分析； ➢弹性地基在接触面处对板仅作用竖向反力，即地基和板之间无摩阻力；同时，在荷载作用下，板同地基的接触保持完全连续，板的挠度即为地基顶面的挠度。
水泥混凝土路面的设计理论和标准
模块二
01
公路
02
路面设计
03
04
识读沥青路面
沥青路面设计
识读水泥混凝土路面
水泥混凝土路面设计
水泥混凝土路面设计理论和标准
C目录 ONTENTS
1 水泥混凝土路面的设计理论 2 水泥混凝土路面的设计标准与验算标准
水泥混凝土路面的设计理论
➢ 水泥混凝土路面结构分析采用弹性地基板理论。弹性地基板理论把刚度大的水泥混凝土面层看作是支承于弹性地基上的小挠度弹性板。水泥混凝土面板的刚度远大于基层（功能层）和路基的刚度，在荷载作用下，具有良好的荷载扩撒能力，其所产生的弯曲变形远小于其厚度，因此，可采用小挠度薄板理论分析。 ➢我国现行规范规定水泥混凝土路面设计采用弹性地基板理论，而地基模型则采用以弹性模量和泊松比表征的弹性地基模型。

水泥混凝土路面结构构造设计详解

2R P l ) Kl 2
第三节水泥路面的应力分析
5）威斯特卡德公式的试验修正公式
• ①角隅修正
威氏公式是理论推导得来的，与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了试验路，对公式进行了修正。
板体与地基紧密接触时，不修正，理论值近似于实测值；板底脱空时，实测比计算大30%~50%，需修正，Kelly提出板角修正式:
– 公式左边三项分别代表：可靠度系数、荷载疲劳应力
第四节路面结构的可靠度
◆8、水泥混凝土路面可靠度的概念
NR : 路面结构的疲劳寿命 Ne : 设计年限内累计当量标准轴载
f Ne
f NR
Ne
NR
干涉区
第五节水泥路面的设计参数
➢1、设计基准期、目标可靠度和目标可靠度指标
➢2、面板与基层间的摩阻系数
第一节水泥路面设计概述
◆4、水泥路面的轴载换算与交通分级
➢1）水泥路面的标准轴载及轴载换算
单轴双轮组－100kN
NNee
336655NNs [s1[1
t
t1]1]
公路等级
高速公路、一级公路
二级、三级、四级公路
行车道宽>7m 行车道宽≤7m
纵缝边缘处（临界荷位） 0.17~0.22 0.34~0.39 0.54~0.62
➢ 3）水泥路面的设计标准
✓①结构承载能力
控制板不出现断裂，要求荷载应力与温度应力的疲劳综合作用满足材料的设计抗拉强度：
即：
✓②行驶舒适性
控制错台量，要求设置传力杆（基层及结构布置满足）
✓③稳定耐久性
第一节水泥路面设计概述
◆3、水泥路面结构设计的主要内容
1）路面结构层组合设计； 2）混凝土路面板厚度设计； 3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4）路肩设计； 5）混凝土路面的钢筋配筋率设计

水泥混凝土路面—水泥混凝土路面设计

计算厚度加6mm磨损厚度后，按10mm向上取整，作为混凝土面层的设计厚度。
1 交通分析——交通荷载分级
水泥路面的设计轴载及轴载换算
按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以轴重100kN的单轴-双轮
组荷载作为设计轴载。对极重交通荷载等级的水泥混凝土路面，宜
选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。各级轴载作
贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度不宜小于40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。
面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。
平面尺寸及接缝设计
❖ 平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。
❖ 纵向接缝的间距（板宽）宜在3.0~4.5m范围内选用。 ❖ 横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混
混凝土面层板的温度翘曲应力系数CL与单层板公式不同。
温度翘曲应力系数CL
CL
1 11
sinh t cost cosht sin t cost sin t sinh t cosht
t L / 3rg
knrg4 Dc r3 knr4 Dc rg3
1
r
Dc
Dc
Db Db
kn
r ( pr tr ) fr r ( p.max t.max ) fr
r bpr fbr
水泥混凝土路面设计示例
设计示例
公路自然区划Ⅲ区新建一条高速公路，单向三车道，行车道宽 11.75m。路基土为黄土（低液限粉土），路床顶距地下水位2.0m，当地粗集料主要为花岗岩。拟采用碾压混凝土做基层。应交通调查分析得知，设计轴载Ps=100KN，最重轴载Pm=250KN，设计车道使用初期设计轴载日作用次数为42000，交通量年平均增长率为7%。试设计该路面厚度。

水泥混凝土路面设计

水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面是道路建设中常用的路面类型，它具有强度高、耐久性好等优点，但其设计和施工过程中需要注意一些关键问题。

路面结构水泥混凝土路面的结构一般为：路面表层、基层和底层。

其中，路面表层是直接承受车辆荷载的层，是路面的耐久层；基层主要承受荷载分布于整个路面的作用，起到了均匀传递载荷的作用；底层则是为了减小地基沉降而设置的。

具体来看，水泥混凝土路面的结构如下所示：•路面表层：水泥混凝土面层•基层：水泥稳定碎石层•底层：碎石或湿土层路面设计车道宽度设计在水泥混凝土路面设计中，首先要确定车道宽度。

车道宽度一般可以根据不同的车辆通行量和车辆类型以及道路用途而进行设计。

常用的方法有：•根据设计车速和车辆类型选取标准车道宽度•根据车辆通行量和道路用途等因素确定车道宽度路面厚度设计水泥混凝土路面的主要结构是由水泥混凝土层构成，因此在路面设计中，需要根据不同的使用条件，按照一定的厚度要求来设计路面。

路面设计中确定厚度时需考虑以下因素：•路面结构：要求各层结构厚度合理。

•交通荷载：需要考虑设计年限内的车辆通行量及类型，计算得出车辆引起的荷载。

•路面类型：降低路面等级可以减少厚度和成本。

基层厚度设计基层厚度设计是水泥混凝土路面设计中的关键环节，基层结构是影响路面耐久性和运行状况的主要因素。

基层厚度应根据地基土壤承载力及所选材料的性能特点，采用试验和计算方法进行。

施工要点水泥混凝土路面的施工是确保路面质量的关键。

在施工过程中，需要注意以下要点：•批量施工，保证混凝土配合比准确。

•严格控制施工平整度和厚度，并保证道路质量和尺寸的精度。

•采用合适的光洁度和防滑性的表面处理方法，确保行车安全。

•对于白天和晚上的建设，应有不同的安全措施和设施。

水泥混凝土路面设计和施工关乎到道路质量和使用寿命，需要仔细论证和科学规划。

在路面设计和施工中，需要注意车道宽度、路面厚度和基层厚度等关键要点，并严格控制施工过程中的各项参数，确保路面质量达到设计要求。

4、6、12、15米宽水泥混凝土路面结构设计图

值班室值班室库房加药间输油泵房计量间单井计量间库房供热系统值班室消防泵房泡沫库低压配电室2B变压室1B变压室高压配电室配电室值班室值班室配水间注水泵房配水间库房库房门房污水处理系统库房药品间化验间罐区阀组间地磅室地磅室篮球场温室温室综合楼餐厅止阀室井地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖地砖石子水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥水泥地砖楼梯间楼梯间仓库仓库消防库1234地砖罐区阀组间罐区阀组间分离缓冲器E级YS071357.347E级YS021361.478B2ys06GPS0001L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L21L22L23L24L25L26L27L28L29L30L31L32L33L34L35L36L37L38L39L40L41L42L43L44L45L46L47L48L49L50L51L52L53L54L55L56L57L58L59L60L61L62L63L64L65L66L67L68L69L70L71L72L73L74L75L76L77L78L79L80L81L82L83L84L85L86L87L88L89L90L91L92L93L94L95L96L97L98L99L100L101L102L103L104L105L106L107L108L109L110L111L112L113L114L115L116L117L118L119L120L121L122L123L124L125L126L127L128L129L130L131L132L133L134L135L136L137L138L139L140L141L142L143L144L145L

水泥混凝土路面结构计算讲义

11
一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析

3、其他应力

除荷载应力与温度应力外尚有以下几种应力：
（1）湿度应力

A、由于板的含水量变化而产生的水平方向的压应力或拉应力； B、由于板的顶面和底面的含水量的差别产生的翘曲应力。
15
一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分水泥混凝土路面结构计算原理
三、交通荷载分析
（一）、交通调查与分析

1、可利用当地交通量观测站的观测和统计资料，或者通过实地设立站点进行交通量观测和统计，获取所设计道路的初期年平均日交通量（双向）及其车辆类型组成的数据，剔除2轴 4轮及以下的客、货运车辆交通量，得到包括大型客车交通量在内的初期年平均日货车交通
5
一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（一）、作用于混凝土板上的应力

1、荷载应力
由于行驶车辆的荷重所产生的应力；

2、温度应力
由于混凝土板的温度变化或板中温度分布不均匀所产生的应力；

3、其它应力
由于板中含水量变化所产生的应力，以及路基、底层体积变化所产生
的应力；

以上应力在实际的混凝土路面板中乃是综合存在着。
6
一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析

1、荷载应力

车轮荷载对于混凝土板产生如下应力：
（1）由于荷重产生垂直方向的压应力；（2）由于荷重产生横向弯曲应力。

水泥混凝土路面结构组合设计

冻地区的中湿类、潮湿类和过湿类路基，当冰冻线深度达到路基的易冻胀土层时，在易冻胀土层上应设置防冻垫层或用不易冻胀土置换冰冻线深度范围内的易冻胀土。
6）水文地质条件不良的土质路墅，应采取地下排水措施。 ➢ 7、对路堤下的软弱地基进行加固处治后，其工后沉降量应符合现行《公路路基设计规范》（JTG D30）的规定，并宜在路床顶部铺筑粒料层。
路基路面工程
水泥混凝土路面结构组合设计
一般规定 ➢ 1、应依据公路等级、交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况以及使用性能要求，选择及组合与之相适应的水泥混凝土路面结构。 ➢ 2、路面结构组合设计，应使各个结构层的力学特性及其组成材料性质满足相应的功能要求。 ➢ 3、应充分考虑各相邻结构层的相互作用、层间结合条件和要求，以及结构组合的协调与平衡。 ➢ 4、应充分考虑地表水的渗入和冲刷作用。采取封堵和疏排措施，减少地表水渗入，防止渗入水积滞在路面结构肉。基层应选用抗冲刷能力强的材料。
水泥混凝土路面结构组合设计
➢ 7、混凝土预制块可采用矩形块或异形块。矩形块的长度宜为200～ 250mm，宽度宜为100～125mm，厚度宜为80～150mm。预制块下砂垫层的厚度宜为30～50mm。
路肩 1、路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构层组合和材料选用应与行车道路面相协调，不应使渗入的路表水积滞在行车道路面结构内。 2、行车道混凝土面层宜宽出外侧车道边缘线0.6m。 3、高速公路和一级公路以及承受极重、特重和重交通荷载等级的公路，路肩铺面应采用与行车道路面相同的结构层组合和组成材料类型。其他等级公路，路肩铺面的基层和底基层应采用与行车道路面结构相同的材料类型和厚度。
水泥混凝土路面结构组合设计
面层 ➢ 1、水泥混凝土面层应具有足够的强度和耐久性，表面应抗滑、耐磨、平整。 ➢ 2、面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。当面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，位于高填方、软土地基、填挖交界段等有可能产生不均匀沉降的路基段时，应采用接缝设置传力杆的钢筋混凝土面层。连续配筋混凝土、碾压混凝土和钢纤维混凝土等其他面层类型可依据适用条件选用。 ➢ 3、普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和连续配筋混凝土面层的计算厚度，可依据交通荷载等级、公路等级和变异水平等级计算确定。各种混凝土面层的设计厚度应依据计算厚度加 6mm 磨耗层后，按 l0mm向上取整。

水泥混凝土路面设计

取值0.353100050.150.000010.22700040.150.2200058204100207255752140.91.150.0570.0653.8729414.68352695267410.8341.270.0525混凝土板长L=5m最大温度梯度Tg=95℃/m面层与基层之间竖向接触刚度κn=3000MPa/m温度回归系数bt=1.27温度回归系数at=0.834温度回归系数ct=0.052基层疲劳应力系数κf 面路水泥混凝土面层水泥混凝土面层综合温度翘贫混凝土基层标设计参数板水泥稳定碎石底基层厚度h1=0.2m 水泥混凝土面层厚度hc=0.35m水泥混凝土面层弯拉弹性模量Ec=31000MPa 水泥混凝土面层弯拉强度标准值fcr=5MPa水泥混凝土面层泊松比v=0.15水泥混凝土面层线膨胀系数αc=0.00001贫混凝土基层厚度hb=0.2m贫混凝土基层弯拉弹性模量Eb=27000MPa 贫混凝土基层弯拉强度标准值fcb=4MPa水泥稳定碎石底基层回弹模量E1=2000MPa贫混凝土基层λ=0.065面层疲劳应力系数κf 贫混凝土基层泊松比v=0.15标准荷载Ps=100kN接缝传荷应力折减系数κr=0.9土基回弹模量E0=58MPa 最重荷载Pm=204kN 累计当量轴次Ne=20725575214次综合系数κc=1.15水泥混凝土面层λ=0.057计算过程计算结果结构极限判断Ex 2000hx 0.2α0.441546Et 276.9174Dc 113.3099Db 18.41432rg 0.944548σps 0.744268σpm 1.454729σbps 0.360201κf 3.872941κf 4.683526σpr 2.983396σp，max 1.505644σbpr1.940062r β0.156007ξ0.978698t 1.764513CL 0.85413BL 0.296046σt,max 1.525746κt 0.434911σtr0.663563可靠度系数r 面层疲劳应面层最大应基层疲劳应面层最大温度应力σt,max 温度疲劳应力系数κt 面层疲劳系数κf 基层疲劳系数κf 面层荷载疲劳应力σpr 面层最大荷载应力σp，max 基层荷载疲劳应力σbpr半刚性基层板弯曲刚度Db 路面结构总相对刚度半径rg土面层标准荷载在临界荷位产生的荷载应力σps 土面层最重荷载在临界荷位产生的荷载应力σpm 温度疲劳应力σtr温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL基层标准荷载在临界荷位产生的荷载应力σbps计算项目混凝土面板弯曲刚度Dc 板底地基综合当量回弹模量Et结构极限判断结算结果1.274.6316373.8498652.463878计算公式1.27系数rr=1.27疲劳应力最大应力疲劳应力。

水泥混凝土路面设计说明

路面设计说明4.1、主要技术指标车行道：双车道面层类型：水泥混凝土路面自然区划：本路段经过地区属中华人民共和国自然区划V2区设计标准轴载：双轮组单轴IOOkN横坡：时单向坡4.2、路面结构设计水泥险路面面层：水泥混凝土路面，厚度20cm。

调平层：级配碎石调平层，厚度4cm底基层：手摆片石，厚度16CIDO水泥混凝土路面设计基准期10年，设计基准期内车道所承受的标准轴载BZZ-IOO,累计作用次数为950932次，为中交通等级，基层顶面当量回弹模量146. 2MPa,变异水平等级为中级，可靠度系数为L 06。

基层顶面竣工验收弯沉值LS= 100.0 （0. Olnun）土基顶面竣工验收弯沉值LS= 310.0 （0. Olmm）水泥混凝土设计抗弯（折）拉强度为4. 5Mpa （抗压强度不小于30Mpa）,混凝土弯拉模量29GPa.水泥稳定粒料回弹模量为1500 MPa,新建路基30 Mpa o4.3、水泥混凝土面层组成设计设计以荷载应力和温度应力产生综合疲劳损坏作为设计标准，以纵缝边缘中部作为临界荷位，综合疲劳应力不高于水泥混凝土板的弯拉强度作为控制指标，对路面厚度进行了计算。

中湿段的路面总厚度不小于水泥混凝土路面的防冻最小厚度。

单车道路面混凝土基本板块尺寸为4.5mX4.5m （长X宽）。

水泥混凝土板厚均为20厘米，设计弯拉强度不小于4. 5MPa,路面面层弯拉弹性模量为Ec=29GPa,要求使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥，水泥标号为42.5号，所用石料必须满足有关规范对石料强度指标的技术要求，砂的细度模数宜在2. 0-3. 5之间。

路面的抗滑以构造深度不低于0.6mm,混凝土水灰比不大于0. 46,掺用的外加剂应经配合比试验应符合要求后方可使用。

假缝上部的槽口用切缝机进行切割。

构造物横穿公路时，构造物顶面至板底距离小于120Cm时，其顶面及两侧各6m 范围内的混凝土面板采用钢筋网补强。

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一、交通分析：
• 根据《公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）》(以下简称《规范》)中表3.0.1知二级公路设计基准期为20年，安全等级为二级。
一、交通分析：
• 《规范》中表A.2.4查得，车辆轮迹分布系数：0.39
一、交通分析：
• 根据《规范》式A.2.4计算设计基准期内水泥混凝土路面设计车道临界荷位处所承受的设计轴载累计作用次数（属于重交通）
设计基本信息
• 某市拟建省道S243来分担附近已建省道S211及S101交通。该线路拟设计为双向四车道二级公路，安全等级为二级。公路自然区划为Ⅱ4，路基宽度24.5M,路基为黏土质砂。设计轴载为100KN, 最重轴载为180KN设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2300. 交通量年平均增长率为7%。
三、路面材料确定：
• 根据表3.0.8和表E.0.3查得普通水泥混凝土的弯拉强度标准值为5MPA，相对应的弯拉弹性模量标准值为31GPA。
三、路面材料确定：
• 取粘土质砂的回弹模量为100MPA；地下水位距路床顶面为1M时的湿度调整系数取0.80，故路床顶综合回弹模量为100X0.80=80MPA. 水泥稳定碎石基层的弹性模量取2000MPA; 级配碎石垫层弹性模量取220MPA.
2015. • 【4】沙爱民. 路基路面工程[M]. 高等教育出版社, 2011. • 【5】邓学均. 路基路面工程[M]. 高等教育出版社, 2008.
三、路面材料确定：
板低地基综合回弹模量取值为115Mpa
四、荷载应力：
•
四、荷载应力：
•
五、温度应力：
• 公路自然分区Ⅱ区最大温度梯度可根据表3.0.10查到取85℃/M。
五、温度应力：
•
• 计算温度疲劳应力：
五、温度应力：
六、极限状态校核：
•
故而，拟定的普通混凝土面板厚度0.24m、水泥稳定粒料基层（5%水泥用量）0.18m厚及0.18m级配碎石防冻垫层满足最小防冻厚度的要求且该路面组合满足结构要求，可承受设计基准期内荷载应力和温度应力综合疲劳作用以及最重轴载在最大温度梯度的一次性作用。
参考文献
• 【1】中华人民共和国行业标准. JTG D40-2011 公路水泥混凝土路面设计规范. 北京：人民交通出版社，2011.
• 【2】中华人民共和国行业标准. JTJ 003 公路自然区划标准. 北京：人民交通出版社，1986. • 【3】中华人民共和国行业标准. JTG D30-2015 公路路基设计规范. 北京：人民交通出版社，
二、拟定路面结构：
• 根据《规范》表3.0.1可查的目标可靠度为85%，确定该二级公路的变异水平为中等。
• 初步拟定普通混凝土面层厚度为240MM.
二、拟定路面结构：
• 基层采用水泥稳定粒料（5%的水泥用量）厚度为0.18M.

二、拟定路面结构：
• 经查询武清地区最大冰冻深度为0.58M.根据表3.0.9确定最小防冻厚度0.5M（由于武清地区地下水位高取最大值）拟设定级配碎石防冻垫层厚度为0.18M，单向路幅宽度2X3.75M+2.75M硬路肩。行车道水泥混凝土面板尺寸为5.0X3.75;纵缝为设拉杆平缝、横缝为设传力杆假缝。硬路肩厚度与行车道面板厚度相同并设拉杆与行车道板相连。

水泥混凝土路面结构设计资料

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